Objektno orijentirano programiranje

Osnovne informacije

Kontakt:

• Stelekt, Kancelarija 2
• email: amer.hasanovic@fet.ba

Predmetni asistenti:

• Meliha Šerifović
• Mirza Sakić
• Džemal Memić
• Adin Glumčević
• Zlatan Radovanović

Ciljevi predmeta

Po završetku kursa, studenti će:

• imati praktično znanje C++ programskog jezika skupa sa značajnim segmentima STL bibiloteke,
• znati koristiti objektno orjentirane tehnike za kreiranje programa,
• detaljno razumjeti sve metodologije alokacije, pristupa i dealokacije memorije,
• imati praktično znanje principa generičkog programiranja u okvirima C++ programskog jezika.

Preduslovi

Preduslovi za slušanje predmeta su ostvareni ECTS krediti iz predmeta:

• Osnove računarstva
• Osnove programiranja

Plan

Objektno orijentirano programiranje:

• Klasične i generičke klase
• Enkapsulacija
• Naslijeđivanje
• Polimorfizam

C++

• Osnove

• STL (Standard Template Library)

  • Kontejneri
  • Iteratori
  • Algoritmi

• Generičke funkcije

Literatura i software

Za praćenje predavanje preporučuju se:

1. C++ annotations, F. Brokken, javno dostupno na Internetu link

Obzirom na karakter predmeta, studenti trebaju imati pristup računaru sa Linux operativnim sistemom i Docker-om.

Organizacija

Od studenata se očekuje da rade uporedo sa predavanjima.

Na osnovu predavanja i vježbi kreirat će se zadaće:

• Studenti su dužni da samostalno i redovno rješavaju probleme iz zadaća.
• Provjere zadaća će se vršiti u nekom od termina laboratorijskih vježbi nenajavljeno.

Ukupna ocjena iz predmeta će se formulisati na osnovu bodova iz provjere zadaća, bodova iz testova i završnog ispita.

Raspodjela bodova

Udio u ukupnoj ocjeni:

• Predispitne aktivnosti:
  1. Zadaće 40%
  2. Test na sredini semestra 35%
• Završni ispit:
  1. Test 25%

Skala za formiranje konačne ocjene

Recepti za neuspjeh na predmetu

1. Propuštanje predavanja ili vježbi.
2. “Pripremanje” za testove, ispite ili provjere znanja prikupljanjem materijala od prethodnih akademskih godina i pamćenje šablona za rješavanje problema.
3. Varanje na provjerama znanja.
4. Kampanjski pristup.

Recepti za uspjeh na predmetu

1. Kontinuirani rad
2. Pamćenje i razumijevanje materije sa svih prethodnih predavanja prije dolaska na novo predavanje.
3. Redovno i samostalno rješavanje zadaća na vježbama.

Pojednostavljena terminologija

Računar – Uređaj koji se sastoji od više komponenti od kojih su ključne CPU i RAM.

CPU (Central Processing Unit) ili Procesor – Digitalna komponenta računara koja u diskretnoj jedinici vremena može izvršiti instrukciju.

• Instrukcija – Jednostavna operacija obično aritmetička ili logička (sabiranje, oduzimanje, poređenje, i, ili itd)
  • Skup svih instrukcija koje procesor poznaje (može da izvrši) naziva se mašinac (ili nativni jezik procesora).
  • Instrukcije i podaci nad kojim operiraju instrukcije se formiraju u binarnom formatu.

RAM (Random Access Memory) – Digitalna komponenta računara koja služi za privremenu pohranu binarno formatiranih podatak.

• RAM obezbijeđuje instrukcije za CPU, kao i podatke nad kojim operiraju instrukcije.

Program – Proizvoljno duga sekvenca instrukcija.

Programiranje – Proces kreiranja programa.

Izršavanje programa – Procedura koja uključuje unošenje programa u RAM i izvršavnje instrukcija iz programa na CPU-u (jedna po jedna u sekvenci), počevši od neke zadane prve instrukcije iz sekvence.

Programski jezik – Skup gramatičkih pravila koja omogućavaju pisanja programa u tekstualnoj formi sa vrlo ograničenim rječnikom Engleskog jezika.

• Program zapisan u nekom programskom jeziku se piše u formi sekvence tekstualnih izjava (statement), rečenica zapisanih u skladu sa pravilima korištenog programskog jezika.

Kompajler – je program koji prevodi tekstualne programe u formi izjava nekog programskog jezika u mašinac.

Programski jezici podjela

• Imperativni
  • Proceduralni: C, Fortran itd.
  • Objektno Orijentirani: C++, Java, C#, Ruby, Python itd.
• Funkcionalni: Haskell, Purescript, Idris, Elm, Coq, Agda itd.

Objekti

Objektno orijentirani programski jezici, između ostalog, definiraju i izjave za kreiranje i manipulaciju nad objektima.

Objekat je koncept koji objedinjuje stanja (podatake) i ponašanja (funkcije koje manipuliraju nad stanjem).

OOP program kreira kolekciju (skupinu) objekata koji međusobnom interakcijom (komunikacijom) rješavaju konkretni problem.

Klase

Objektno orijentirani programski jezici, između ostalog, definiraju i izjave za kreiranje klasa.

Klasa je specifikacija (ili kalup) na osnovu koje se može napraviti proizvoljan broj objekata sa istim osobinama (stanja i ponašanja).

• kažemo da je svaki objekat instanca neke klase.

C++ osnove

• C++ kod se organizira isto kao C kod u formi izjava koje završavaju sa karakterom ;.

• Tekst nakon // do kraja trenutne linije teksta predstavlja komentar i ignoriše se prilikom kompajliranja.

C++ kompajler u izjavama prepoznaje vrijednosti (literals) i utvrđuje njihov tip.

Svi tipovi iz C specifikacije postoje u C++-u i predstavljaju C++ primitivne tipove, npr:

Izrazi

Izrazi su izjave koje kada se izvrše u toku izvršenja programa, proizvode vrijednost.

Izrazi se obično formiraju putem operatora (algebarski, logički itd.) u kojim učestvuju vrijednosti ili drugi izrazi.

• kompozicija jednostavnijih izraza u kompleksnije odvija se najčešće u skladu sa matematičkim pravilima, kao što su prioritet i asocijativnost.

C++ vrši promociju tipova vrijednosti u izrazima isto kao i C.

Isto kao u C-u, u izrazima moguće je koristiti i alternativne načine za specifikacije vrijednosti. Npr. u slijedećim linijama nalazi se ista vrijednost tipa int:

0x41;
65;

Varijable

Memorija je kontinualna sekvenca memorijskih ćelija (obično od po 8b), u koju se kodiranjem na binarni nivo mogu smjestiti vrijednosti bilo kojeg C++ tipa.

Za komunikaciju sa memorijom C++ koristi varijable.

Varijable

Varijabla je imenovani region memorije koji nam dodjeljuje sistem kada se u programu izvrše izjave koje predstavljaju definiciju varijable.

• Osnovni format za definiranje varijable:

  tip_varijable ime_varijable;

• Definicija varijable spada u izjave koje se označavaju kao deklaracije.

Količina memorije koja je dodjeljena definicijom varijable ovisi od specificranog tipa varijable.

Tip varijable diktira i tipove vrijednosti koje se mogu pohraniti u region memorije kojeg kontroliše varijabla.

• tip vrijednsti koja se pohranjuje u taj region mora biti isti kao tip varijable.

Jednom definirana varijabla omogućava operacije:

1. pisanje memorijskog bloka kojeg kontroliše varijabla, i to putem operatora za dodjeljivanje vrijednosti =.
   • ukoliko tip varijable sa lijeve strane = ne odgovara tipu vrijednosti koji proizvodi izraz na desnoj strani operatora =, tada mora biti definirana konverzija, tzv cast operacija, iz tipa izraza u tip varijable.
2. čitanja memorijskog bloka kojeg kontroliše, i to pomoću izraza koji uključuje samo ime varijable.

C++ dopušta definiciju varijable bilo gdje unutar koda.

• Konvencija je da se C++ varijabla definira što bliže mjestu upotrebe.

Inicijalizacija varijable

Inicijalizacija varijable predstavlja postavljanje inicijalne vrijednosti u region memorije koji kontroliše varijabla.

• Inicijalizacije se vrši u okviru definicije varijable i to putem simbola =, () ili {}, u kombinaciji sa jednim izrazom koji proizvodi vrijednost kompatibilnog tipa sa tipom varijable.
• Neinicijalizirane varijable obično čuvaju proizvoljnu vrijednost.

Ukoliko se prilikom definiranja varijable, a prije tipa varijable, upiše ključna riječ const, varijabla je deklarirana kao konstanta i obavezno se mora inicijalizirati.

• Inicijalizacija je opciona za varijable koje nisu konstante.

const int a = 5; 

auto

Kompajler prilikom definiranja varijable može zaključiti tip varijable, i to na osnovu tipa vrijednosti kojim se varijabla inicijalizira prilikom definicije.

Za ovaj slučaj, umjesto tipa varijable, stavlja se ključna riječ auto na mjestu tipa varijable, a varijabla će dalje u kodu imati onaj tip koji zaključi kompajler:

auto a = 10;
auto b( a + 2.5 );

Blokovi

Sekvence C++ izjava se grupišu u blokove koda ograničenim vitičastim zagradama {}.

• Blok koda definiše opseg (scope).
• Pozicija definicije varijable spram opsega utiče na njenu vidljivost (dostupnost) i životni vijek:

Lokalne varijable

Varijabla definirana unutar nekog bloka, naziva se lokalna varijabla:

• nastaje kada procesor izvrši izjavu u kojoj je varijabla definirana,
• nestaje po izvršenju tog bloka, tj nakon što procesor izvrši zadnju izjavu u tom bloku.

Globalne varijable

Varijable definirane van svih blokova, nazivaju se globalne varijable:

• nastaju prije nego što se izvrši prva izjava u programu
• a nestaju neposredno po završetku izvršenja zadnje izjave u programu.

Lokalne varijable vidiljive se samo unutar opsega u kojem su definirane, uključujući eventualno ugnježdene blokove u tom opsegu, i to od mjesta definicije do kraja opsega.

Globalne varijable vidljive su bilo gdje u kodu i to nakon što kompajler vidi njihovu definiciju.

Lokalne static varijable

Ukoliko ispred tipa lokalne varijable stoji ključna riječ static:

• varijabla neće nestati nakon izvršenja opsega u kojem je definirana
• već ostaje u memoriji i zadržava zadnju postavljenu vrijednost.
• pri eventualnom ponovnom izvršenju tog istog opsega, neće biti nanovo definirana, tj, preskače se izvršenje izjave u kojoj je varijabla definirana.

Globalne static varijable

Ukoliko ispred tipa globalne varijable stoji ključna riječ static:

• varijabla će biti vidljiva samo u blokovima koji su zapisani u istom fajlu u kojem se nalazi izjava sa definicijom te globalne varijable.

Redefincije nisu dozvoljene

Unutar jednog opsega, lokalnog ili globalnog, nije dozvoljeno definiranje varijable sa istim imenom koji ima varijable već prethodno definirana u tom opsegu.

• Ovo pravilo ne važi za ugnježdene opsege.

Kompajliranje

Da bi izvršili kompajliranje C++ koda do rezultujućeg programa u mašincu, mora biti definirana prva instrukcija u programu, tzv entry point.

• u to svrhu, kao i u C-u, potrebno je definirati funkciju main,

• prva izvjava u funkciji main predstavlja entry point programa.

• main nije c++ ključna riječ, očekuje je sistem za kompajliranje (tj linker).

• Ukoliko main nije definiran, nije moguće proizvesti program, tj izvršnu datoteku kojom se može pokrenuti izvođenje programa.

• Izvršenje programa počinje izvršenjem prve izjave unutar bloka funkcije main, a završava izvršenjem zadnje izjave unutar tog bloka.

  int main() {
    return 0;
  }

• Kompajliranje je moguće izvršiti putem komandne linije sa programima g++ ili clang++.

• Kompajlirani program se pokreće putem komandne linije u folderu gdje je izvršeno kompajliranje.

g++ foo.cpp -o foo
./foo